近年来,煤层气作为一种清洁的高效能源,在国家能源战略中比重逐渐加大。我国煤层气储量丰富,但采出程度低。由于煤层气储层具有低压、低渗特性,常采用分支井来开发提高产量。其早期的分支井主井眼是建在煤层内,分支井眼由主井眼侧钻得到。大量的实钻资料给出,由于煤岩存在大量微观割理等,强度低,早期分支井施工时井塌、井漏等失稳问题严重;所以目前主井眼多是位于煤层稳固底板上,分支段则从底板上翘侧钻进入煤层,来建立煤层气开采的复杂结构分支井。考虑煤层特殊的微观结构仍易造成煤层内分支段井壁失稳,而主分支连接处也是易失稳井段,因此亟需对煤层复杂结构分支井的进行井壁稳定性研究。对于煤层内的上翘分支段,首先根据煤岩割理的特性,应用弹性力学理论,给出煤岩等效弹性模量和等效泊松比计算方法,确定煤岩等效弹性模量和泊松比随煤岩基质的力学参数及割理特性参数的变化规律。基于井壁力学稳定模型,选用Mogi-Coulomb和最大拉应力判别准则,编制了煤岩井壁失稳坍塌和破裂压力MATLAB计算程序,结合QS盆地煤岩特性,研究分析了面割理间距和面割理水平角对安全密度窗口的影响;考虑生产过程中压力变化引起地应力的变化,分析了不同程度的压力变化导致安全密度窗口的变化。对于主分井眼连接处,建立了连接处的几何模型和有限元模型,应用有限元软件模拟分析了不同主分井眼夹角、主分井眼方位、主分井眼井径和分支井眼间距下的连接处井壁失稳规律,优化了复杂结构分支井井眼轨迹和分支井眼参数。煤层复杂结构分支井的井壁失稳问题是一个复杂并且需要进一步开展研究的问题,随着能源的需求和煤层气工业的不断发展,解决井壁失稳问题更加迫切,本文研究的结论将为防止煤层气复杂结构井井壁失稳提供重要参考。